ＧＮＳＳ连续运行参考站系统的建设

朱明建　张　伟

摘要:SOUTH CORS GNSS连续运行参考站系统是一个高度集成化的测量系统,将尖端的GNSS测量技术和传统的常规测量技术结合在一起,提供了一整套数据采集、数据处理、数据分发、数据管理的先进解决方案。本文着重论述了CORS的概念、优缺点、分类、用途及原理,为建立城市GNSS连续运行参考站系统提供帮助。

关键词:GNSS连续运行参考站 卫星定位 GPS RTK 单基站多基站

一、CORS的概念

连续运行参考站系统(Continuous Operational Reference System,简称CORS系统)可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的GNSS参考站,利用现代计算机、数据通信和互联网(LAN/WAN)技术组成的网络,实时地向不同的类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GNSS观测值(载波相位,伪距),各种改正数、状态信息、以及其他有关的GNSS服务项目的系统。

二、CORS的优点

与传统的GNSS作业相比连续运应参考站具有作用范围大、精度高、野外单机作业等众多优点,目前国内一大批城市、省区和行业正经历着一个连续运行参考站网络系统的建设高潮。其优点如下:

1.具有跨行业特性,可面向不同类型的用户,不再局限于测绘领域及设站的单位和部门。

2.可同时满足不同需求的用户在实时性方面的差异,能同时提供RTK、DGPS、静态或动态后处理及现场高精度准实时定位的数据服务。

3.能兼顾不同层次的用户对定位精度指标的要求,提供覆盖米级、分米级、厘米级的数据。

4.覆盖范围广、作业效率高、一次投资长期收益的特点,成为城市基础设施建设的新方向。

5.提供稳定、统一的参考坐标系给所有用户共享,规范基础测绘数据。

6.提高作业区域的精度一致性,降低系统误差,提高作业数据质量。

7.提高生产效率,单人测量系统成为GNSS主流作业模式。

三、CORS的分类

CORS技术在用途上可以分成单基站CORS、多基站CORS和网络CORS。

单基站CORS:就是只有一个连续运行站。类似于一加一或一加多的RTK,只不过基准站是由一个连续运行的基站代替,基站同时又是一个服务器,通过NRS-SERVER软件实时监控卫星状态,存储静态数据和实时发送差分信息。

多基站CORS:是分布在一定区域内的多台连续运行的基站,每一个基站都是一个单基站系统,由控制软件自动计算流动站与基站间的距离,将距离近的基站差分数据发送给流动站。

网络CORS:就是采用网络参考站系统软件,对分布在一定区域内的多台基准站的坐标和实时观测数据进行系统综合误差改正建模,尽可能消除区域内流动站观测数据的系统综合误差,从而获得高精度的实时定位结果。

在范围、复杂性和投资上单基站CORS、多基站CORS和网络CORS有着较大的差异。如下表:

四、CORS的用途

由于GNSS技术已得到广泛认同,GNSS的应用具有跨行业特性,CORS系统的服务也不再局限于测绘领域,它同时可以被用于检测地壳运动,提供测量控制,支持测量、GIS数据采集、机械控制以及精密定位和监测等。

(一)测量控制

与传统的常规仪器和GNSS作业相比,CORS系统的效益要高得多。对于一个局部区域、镇、市、漏天矿场或施工现场,可能一两个独立的参考站就可以满足要求,若要为一个大中市区、地级市或全省提供完整的GNSS服务覆盖,则需要一个多参考站。

(二)GIS数据采集

随着城市的发展和各种应用的提出,GIS数据采集也成为测绘工作十分重要的一种应用,GIS数据包括有空间位置和属性信息两方面,CORS可以满足GIS数据采集的应用要求。GIS数据采集应用可分为事后处理和实时两种方式。

(三)全国土地二次调查中的应用

CORS系统可分为RTK和手持GNSS提供所需的差分信息,将广泛用于土地调查数据库的更新、新地形的测量和现有土地调查信息的复制,高效快捷,确保数据的精度。

(四)变形监测

在可能发生地震、滑坡的地区,常采用分布适当的GNSS参考站来监测地壳运动,通过对CORS网中的各参考站天线位置的计算来进行地壳运动的分析。

(五)车辆监控和调度管理

将尖端科技领域的卫星定位技术和地理信息技术、通讯技术和先进的软件开发技术有机的结合在一起,可以为用户提供全新、透明、可视、实施、互动、形象化的车辆跟踪调度管理服务。

(六)气象分析

利用GNSS无线电信号穿越大气圈时受到电离层与对流层的弥散效应和出现的折射现象,进行数值分析,特别是可以精确的提取大气层中的水分含量和分布,从而对可能出现的降水时间和强度作出前所未有的精确预报,服务于当地的农业、交通、旅游、体育和社会公共活动的精密部署,减少灾害性天气给各行各业带来的生命财产损失。

五、CORS的原理及指标

(一)单/多基站CORS的原理

单基站CORS:类似于一加一或一加N的RTK,只不过基准站有一个连续运行的基准战代替,它将尖端科技领域的卫星定位技术和地理信息技术、通信技术和先进的软件开发技术有机的结合在一起,为用户提供了全新、透明、科室、实施的测量服务。基准站上有一个控制软件实施监测卫星的动态,存储和发送相关数据,同时有一个服务器提供网络差分服务和用户管理。

多基站CORS:使分布在一定区域内的多个单基站,他们都将数据发送到一个服务器。流动站作业时,只要发送他的位置信息到服务器,系统自动将距离近的基站差分数据发送给流动站。这样就确保了流动站在多基站CORS覆盖区域移动作业时,系统总能提供距离流动站最近的参考站数据。

(二)单/多基站CORS的特点

1.投入较少:随着单/多基站技术的成熟,只要投入较少的资金即可在一个较小的城市建立一个或多个CORS基站,满足当地测量用户不同层次空间信息技术服务的需要。基站建成后,基站所在城区及近郊区、城市进出口主要交通沿线,以及以基站为中心三十公里范围内区县、城镇、城乡地区实现快速厘米级实时定位和事后差分。

2.随时可以升级和扩展:单/多基站系统可以随时增加新的基站,加大实时RTK作业的覆盖区域,一旦建立网络CORS系统的条件成熟,只要进行系统软件升级,单/多基站CORS系统即可轻松的升级成网络CORS系统。

3.数据可靠、稳定、安全:基站可连续观测,静态数据全天候采集,点位精度高,数据稳定;用户登录采取授权方式,数据中心可以管理登录用户,数据安全性较高。

4.作业范围广:作业半径可以扩大到40公里,能够实现快速厘米级实时定位及事后差分。

5.施工周期短:单/多参考站技术经过实践表明它是一种比较成熟的技术,从方案落实开始采购设备、安装调试,到验收运行整个建设周期基本上在一个月之内。

(三)单/多基站CORS的技术指标

(四)网络CORS的原理

在网络CORS中,分布在一定区域内的多台基准站将所有的原始数据传回中心,通过系统软件对收到的各基站的坐标和原始观测数据进行系统综合误差建模。RTK移动站在工作时,先向控制中心发送一个概略坐标(GGA数据),控制中心收到这个位置信息后,根据用户位置,由计算机自动将该位置改正的GNSS轨道误差,电离层,对流层和大气折射应起的误差发给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁边,生成了一个模拟的参考基站,从而解决了RTK作业距离上的限制问题,并保证了用户的精度。

(五)网络CORS的技术指标

六、结束语

作为空间数据基础设施,连续运行卫星定位(CORS)系统的建设逐渐成为数字城市和信息化建设的重要内容,许多城市已将CORS的建设列入政府基础设施计划。随着CORS在我国的普及,城市CORS今后面临的主要问题,是研究如何拓宽系统的服务领域,开展多层次的服务内容,丰富系统用户,在稳定的地区建立永久性基岩参考站,开展区域地壳变形及高层建筑物变形监测服务等。此外,还需要逐步探索并完善CORS的服务和维护模式,建立有关CORS的建设规范,开拓并引导市场。

参考文献:

[1]刘经南,连续运行参考框架网络.大地测量学论文集.测绘出版社.1999。

[2]刘经南等.连续运行多功能差分示范站的建设与试验.测绘通报,2000.(1)。

[3]黄丁发,丁建伟. 差分GPS连续运行参考站网建设研究[J].西南交通大学学报,2000(4):375-378。

(作者单位:1,2河南省测绘产品质量监督站)